सेमीकंडक्टर उद्योगात ग्रॅनाइटचे तोटे काय आहेत?

सेमीकंडक्टर उद्योगात उच्च अचूकता आणि उच्च विश्वासार्हतेच्या कठोर आवश्यकतांनुसार, जरी ग्रॅनाइट हे मुख्य पदार्थांपैकी एक असले तरी, त्याचे गुणधर्म काही मर्यादा देखील आणतात. व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये त्याचे मुख्य तोटे आणि आव्हाने खालीलप्रमाणे आहेत:
प्रथम, साहित्य अत्यंत ठिसूळ आणि प्रक्रिया करणे कठीण आहे.
क्रॅक होण्याचा धोका: ग्रॅनाइट हा मूलतः नैसर्गिक दगड आहे ज्यामध्ये नैसर्गिक सूक्ष्म-क्रॅक आणि खनिज कणांच्या सीमा असतात आणि तो एक सामान्य ठिसूळ पदार्थ आहे. अति-परिशुद्धता मशीनिंगमध्ये (जसे की नॅनोस्केल ग्राइंडिंग आणि जटिल वक्र पृष्ठभाग प्रक्रिया), जर बल असमान असेल किंवा प्रक्रिया पॅरामीटर्स अयोग्य असतील, तर चिपिंग आणि मायक्रोक्रॅक प्रसारासारख्या समस्या उद्भवण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे वर्कपीस स्क्रॅपिंग होते.

कमी प्रक्रिया कार्यक्षमता: ठिसूळ फ्रॅक्चर टाळण्यासाठी, डायमंड ग्राइंडिंग व्हील्ससह कमी-स्पीड ग्राइंडिंग आणि मॅग्नेटोरिओलॉजिकल पॉलिशिंगसारख्या विशेष प्रक्रिया आवश्यक आहेत. प्रक्रिया चक्र धातूच्या साहित्यापेक्षा 30% ते 50% जास्त आहे आणि उपकरणांची गुंतवणूक किंमत जास्त आहे (उदाहरणार्थ, पाच-अक्ष लिंकेज मशीनिंग सेंटरची किंमत 10 दशलक्ष युआनपेक्षा जास्त आहे).
गुंतागुंतीच्या संरचनेच्या मर्यादा: कास्टिंग, फोर्जिंग आणि इतर प्रक्रियांद्वारे पोकळ हलक्या वजनाच्या संरचना तयार करणे कठीण आहे. हे बहुतेकदा प्लेट्स आणि बेस सारख्या साध्या भौमितिक आकारांमध्ये वापरले जाते आणि त्याचा वापर अशा उपकरणांमध्ये मर्यादित आहे ज्यांना अनियमित आधार किंवा अंतर्गत पाइपलाइन एकत्रीकरण आवश्यक आहे.
दुसरे म्हणजे, जास्त घनतेमुळे उपकरणांवर जास्त भार पडतो.
हाताळणे आणि बसवणे कठीण: ग्रॅनाइटची घनता अंदाजे २.६-३.० ग्रॅम/सेमी³ आहे आणि त्याचे वजन त्याच आकारमानाखालील कास्ट आयर्नपेक्षा १.५-२ पट आहे. उदाहरणार्थ, फोटोलिथोग्राफी मशीनसाठी ग्रॅनाइट बेसचे वजन ५ ते १० टनांपर्यंत पोहोचू शकते, ज्यासाठी समर्पित उचल उपकरणे आणि शॉक-प्रूफ फाउंडेशनची आवश्यकता असते, ज्यामुळे कारखाना बांधकाम आणि उपकरणे तैनात करण्याची किंमत वाढते.
गतिमान प्रतिसाद अंतर: उच्च जडत्व उपकरणांच्या हालचाल करणाऱ्या भागांच्या प्रवेगावर मर्यादा घालते (जसे की वेफर ट्रान्सफर रोबोट्स). ज्या परिस्थितीत जलद सुरुवात आणि थांबा आवश्यक असतो (जसे की हाय-स्पीड तपासणी उपकरणे), ते उत्पादन लयीवर परिणाम करू शकते आणि कार्यक्षमता कमी करू शकते.
तिसरे, दुरुस्ती आणि पुनरावृत्तीचा खर्च जास्त आहे.
दोष दुरुस्त करणे कठीण आहे: जर वापरादरम्यान पृष्ठभागावरील झीज किंवा टक्कर होऊन नुकसान झाले, तर ते व्यावसायिक ग्राइंडिंग उपकरणांद्वारे दुरुस्तीसाठी कारखान्यात परत करावे लागते, जे साइटवर लवकर हाताळता येत नाही. याउलट, स्पॉट वेल्डिंग आणि लेसर क्लॅडिंग सारख्या पद्धतींद्वारे धातूचे घटक त्वरित दुरुस्त केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे डाउनटाइम कमी होतो.
डिझाइन पुनरावृत्ती चक्र लांब आहे: नैसर्गिक ग्रॅनाइट शिरामधील फरकांमुळे वेगवेगळ्या बॅचच्या भौतिक गुणधर्मांमध्ये (जसे की थर्मल एक्सपेंशन गुणांक आणि डॅम्पिंग रेशो) किंचित चढउतार होऊ शकतात. जर उपकरणांची रचना बदलली, तर भौतिक गुणधर्म पुन्हा जुळवावे लागतील आणि संशोधन आणि विकास पडताळणी चक्र तुलनेने लांब असेल.
चौथा मर्यादित संसाधने आणि पर्यावरणीय आव्हाने
नैसर्गिक दगड नूतनीकरणीय नाही: उच्च-गुणवत्तेचा ग्रॅनाइट (जसे की "जिनान ग्रीन" आणि "सेसेम ब्लॅक" सेमीकंडक्टरमध्ये वापरला जातो) विशिष्ट नसांवर अवलंबून असतो, मर्यादित साठा असतो आणि पर्यावरण संरक्षण धोरणांमुळे त्याचे खाणकाम प्रतिबंधित आहे. सेमीकंडक्टर उद्योगाच्या विस्तारासह, अस्थिर कच्च्या मालाच्या पुरवठ्याचा धोका असू शकतो.
प्रक्रिया प्रदूषण समस्या: कटिंग आणि ग्राइंडिंग प्रक्रियेदरम्यान, मोठ्या प्रमाणात ग्रॅनाइट धूळ (सिलिकॉन डायऑक्साइड असलेली) तयार होते. योग्यरित्या हाताळली नाही तर, ते सिलिकोसिस होऊ शकते. शिवाय, सांडपाणी सोडण्यापूर्वी गाळाने प्रक्रिया करणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे पर्यावरण संरक्षण गुंतवणूक वाढते.
पाच. उदयोन्मुख प्रक्रियांशी अपुरी सुसंगतता
व्हॅक्यूम वातावरणाच्या मर्यादा: काही अर्धवाहक प्रक्रिया (जसे की व्हॅक्यूम कोटिंग आणि इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी) उपकरणांमध्ये उच्च व्हॅक्यूम स्थिती राखणे आवश्यक असते. तथापि, ग्रॅनाइटच्या पृष्ठभागावरील सूक्ष्म छिद्रे वायू रेणू शोषून घेऊ शकतात, जे हळूहळू सोडले जातात आणि व्हॅक्यूम डिग्रीच्या स्थिरतेवर परिणाम करतात. म्हणून, अतिरिक्त पृष्ठभाग घनीकरण उपचार (जसे की रेझिन इम्प्रेग्नेशन) आवश्यक आहे.
इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक कंपॅटिबिलिटी समस्या: ग्रॅनाइट हे एक इन्सुलेट करणारे मटेरियल आहे. ज्या परिस्थितीत स्थिर वीज डिस्चार्ज किंवा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक शील्डिंग आवश्यक असते (जसे की वेफर इलेक्ट्रोस्टॅटिक अ‍ॅडसोर्प्शन प्लॅटफॉर्म), धातूचे कोटिंग्ज किंवा कंडक्टिव्ह फिल्म्स कंपाउंड करणे आवश्यक असते, ज्यामुळे संरचनात्मक जटिलता आणि खर्च वाढतो.
उद्योग प्रतिसाद धोरण
वर उल्लेख केलेल्या कमतरता असूनही, अर्धवाहक उद्योगाने तांत्रिक नवोपक्रमाद्वारे ग्रॅनाइटच्या कमतरता अंशतः भरून काढल्या आहेत:

संमिश्र रचना डिझाइन: ते "ग्रॅनाइट बेस + मेटल फ्रेम" चे संयोजन स्वीकारते, ज्यामध्ये कडकपणा आणि हलकेपणा दोन्ही लक्षात घेतले जातात (उदाहरणार्थ, एक विशिष्ट फोटोलिथोग्राफी मशीन उत्पादक ग्रॅनाइट बेसमध्ये अॅल्युमिनियम मिश्र धातुची हनीकॉम्ब रचना एम्बेड करतो, ज्यामुळे वजन 40% कमी होते).
कृत्रिम कृत्रिम पर्यायी साहित्य: ग्रॅनाइटची थर्मल स्थिरता आणि कंपन प्रतिरोधकता अनुकरण करण्यासाठी, प्रक्रिया लवचिकता वाढविण्यासाठी सिरेमिक मॅट्रिक्स कंपोझिट (जसे की सिलिकॉन कार्बाइड सिरेमिक्स) आणि इपॉक्सी रेझिन-आधारित कृत्रिम दगड विकसित करा.
बुद्धिमान प्रक्रिया तंत्रज्ञान: प्रक्रिया मार्ग अनुकूल करण्यासाठी एआय अल्गोरिदम, क्रॅक जोखीम अंदाज घेण्यासाठी ताण सिम्युलेशन आणि रिअल टाइममध्ये पॅरामीटर्स समायोजित करण्यासाठी ऑनलाइन शोध एकत्र करून, प्रक्रिया स्क्रॅप दर 5% वरून 1% च्या खाली कमी करण्यात आला आहे.
सारांश
अर्धवाहक उद्योगातील ग्रॅनाइटच्या कमतरता प्रामुख्याने त्याच्या नैसर्गिक भौतिक गुणधर्म आणि औद्योगिक मागणी यांच्यातील खेळातून उद्भवतात. तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीसह आणि पर्यायी साहित्याच्या विकासासह, त्याच्या अनुप्रयोग परिस्थिती हळूहळू "अपरिवर्तनीय कोर संदर्भ घटक" (जसे की फोटोलिथोग्राफी मशीनसाठी हायड्रोस्टॅटिक मार्गदर्शक रेल आणि अल्ट्रा-प्रिसिजन मापन प्लॅटफॉर्म) कडे संकुचित होऊ शकतात, तर हळूहळू गैर-महत्वाच्या संरचनात्मक घटकांमध्ये अधिक लवचिक अभियांत्रिकी साहित्यांना मार्ग देत आहेत. भविष्यात, कामगिरी, खर्च आणि टिकाऊपणा कसा संतुलित करायचा हा एक विषय असेल ज्याचा उद्योग शोध घेत राहील.